Czy gaz ziemny jest cięższy od powietrza? (Źródła, Masy, Właściwości)

Gaz ziemny jest jednym z najbardziej łatwopalnych gazów na świecie (źródło), składającym się w 90% (lub więcej) z metanu. Jest bezwonny i szeroko stosowany na całej planecie, stanowiąc prawie jedną piątą światowych naturalnych źródeł energii. Co zaskakujące, wiele osób nie wie zbyt wiele o gazie ziemnym, pomimo jego codziennego stosowania.

Czy gaz ziemny jest cięższy od powietrza? Nie, gaz ziemny nie jest cięższy od powietrza. Jego masa cząsteczkowa waha się w granicach 16-18. Jest to mieszanina węglowodorów składająca się głównie z metanu, ale zawiera również inne składniki, takie jak etan i propan oraz niewielkie ilości azotu i dwutlenku węgla. Masę cząsteczkową suchego powietrza szacuje się na nieco poniżej 29.

Wchodzisz do swojego mieszkania i zatrzymujesz się. Wąchasz powietrze i czujesz to: gaz. Prawdopodobnie ktoś zostawił włączony piec, a w twoim mieszkaniu śmierdzi gazem. Nic wielkiego, o ile uda Ci się szybko wywietrzyć mieszkanie. Ta sytuacja jest czymś, przez co wiele osób mogło przejść.

Rodzi to również pytanie: Co warto wiedzieć o gazie ziemnym?

Z czego składa się powietrze?

Powietrze jest ogólnym terminem używanym dla atmosfery wokół nas. Powietrze składa się głównie z azotu i tlenu (na 99%), wraz z argonem, dwutlenkiem węgla, neonem, helem, kryptonem, wodorem i ksenonem, które tworzą pozostały 1% (źródło).

Gazy te stanowią również pięć z sześciu gazów obojętnych w układzie okresowym. Aby dowiedzieć się więcej o tych gazach, możesz przeczytać: „Jaka jest różnica między gazem obojętnym a aktywnym?”.

Zwrot „lżejszy od powietrza” jest powszechnie używany, ale jak ciężkie jest powietrze? Ciężkość powietrza jest zwykle mierzona poprzez spojrzenie na gęstość powietrza w obiekcie. Na przykład, napompowany balon będzie cięższy niż balon nienapompowany. Ze względu na ciśnienie powietrza wewnątrz balonu, gęstość powietrza wzrosła (źródło).

Źródła gazu ziemnego

Gaz ziemny znajduje się w pokładach węgla oraz w odwiertach gazu ziemnego i ropy naftowej. W Stanach Zjednoczonych, Teksas i Pensylwania są dwa główne stany produkujące gaz ziemny w kraju. Ze względu na wysokie wydobycie gazu ziemnego w USA, prawie cały gaz używany w kraju pochodzi z amerykańskich granic (źródło).

Wiele naturalnych gazów i olejów pochodzi z wydobycia łupków. Łupki to skały osadowe, które zawierają materiał organiczny generujący ropę i gaz ziemny. Te gromadzą się w czasie, a przetwarzanie może nastąpić w celu uzyskania gazu i ropy.

Inny rodzaj gazu ziemnego znany jest jako gaz ziemny zaciśnięty i pochodzi z wnętrza ziemi. Jednakże, gaz ten pochodzi ze zbiorników piaskowcowych i węglanowych. Większość gazu ziemnego wydobywanego w Stanach Zjednoczonych pochodzi z łupków.

Gaz ziemny wydobywany z ziemi

Gaz ziemny jest zazwyczaj znajdowany głęboko w ziemi. Zbiorniki gazu są zawsze zlokalizowane w sąsiedztwie szybów naftowych, a im głębszy szyb, tym większy procent będzie stanowił gaz (źródło).

Gaz ziemny jest nieodnawialną energią, która rośnie w skorupie ziemskiej od milionów lat, a tylko w ciągu ostatnich kilku stuleci ludzie byli w stanie bezpiecznie z niej korzystać. Gdy szczątki organiczne uległy rozkładowi i zostały zakopane pod warstwami skał i brudu, ciśnienie na nie wytworzyło proces, który zmienił szczątki w węglowodory.

Ochronna warstwa skały zwykle otacza zbiorniki gazu ziemnego, zwłaszcza „skała nasadowa” na szczycie, która utrzymuje gaz pod ciśnieniem i bezpiecznie (źródło).

Inne źródła gazu ziemnego

Gazy znajdujące się w jelitach zwierząt i ludzi, oraz obszary o niskiej zawartości tlenu na planecie, są przykładami innych źródeł gazu ziemnego. Ze względu na mniejszą gęstość, gaz może być wydobywany z ziemi lub może powoli wyciekać do środowiska w sposób naturalny.

Jeden z pierwszych zarejestrowanych przykładów użycia gazu ziemnego został znaleziony przez francuskich odkrywców, którzy odkryli rdzennych Amerykanów zapalających gazy wyciekające z okolic jeziora Erie w 1626 r. (źródło).

Jednakże gaz nie został skomercjalizowany aż do 1800 roku, kiedy William Hart wykopał pierwszy udany szyb gazowy w Nowym Jorku, tworząc Fredonia Gas Light Company w 1821 roku.

Formacja gazu ziemnego

Istnieje wiele różnych teorii na temat pochodzenia paliw kopalnych. Jak wspomniano wcześniej, mogą one pochodzić z ciśnienia do materii organicznej, która została pochowana pod ziemią przez tysiące lat.

Ten proces odbywa się poprzez ciśnienie umieszczone na materii organicznej przez gromadzenie warstw osadów i błota, wraz z podwyższonymi temperaturami bliżej jądra ziemi (źródło).

Inną metodą powstawania gazu ziemnego są maleńkie mikroorganizmy. Biogeniczny metan jest produkowany tą metodą. Metanogeny, które są maleńkimi mikroorganizmami produkującymi metan, rozkładają materię organiczną. Metanogeny występują w pobliżu powierzchni atmosfery ziemskiej, gdzie nie ma tlenu.

Organizmy te żyją również w jelitach zwierząt. Niestety, duża część metanu powstającego w tym procesie uchodzi bezpośrednio do atmosfery. Opracowywane są jednak nowe technologie, które pozwalają zbierać gazy i zmniejszać wpływ uwalniania metanu na środowisko.

Inną metodą produkcji gazu ziemnego są procesy biogeniczne. Proces ten obejmuje ruch gazów na bazie wodoru i cząsteczek węgla. Oddziałują one z innymi minerałami, które znajdują się pod ziemią i ostatecznie przemieszczają się w kierunku powierzchni planety, podobnie tworząc złoża metanu do metanu termogenicznego.

Gaz ziemny, którego używamy

Gaz ziemny działa w wielu domach w całych Stanach Zjednoczonych, a prawie 50% domów w Ameryce używa gazu ziemnego do ogrzewania. Ponieważ istnieje obfite dostawy gazu na całym świecie, postrzeganie gazu ziemnego jest bardziej pozytywne, opłacalne i przyjazne dla środowiska metody produkcji energii w porównaniu do innych paliw kopalnych, takich jak węgiel i ropa naftowa (źródło).

Gaz jest również istotną częścią przemysłu, ponieważ jest on używany w produkcji tworzyw sztucznych, leków i środków przeciw zamarzaniu (źródło). Gaz jest również wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej i jest postrzegany jako czystsza metoda w porównaniu do elektrowni węglowych.

Nowe technologie umożliwiły również produkcję ciepła i energii elektrycznej w tym samym czasie, wykorzystując gaz na optymalnym poziomie i zmniejszając jego wpływ na środowisko.

Wraz z rosnącą liczbą ludności na całym świecie, każdego dnia na drogi wjeżdża więcej pojazdów. Sprężony gaz ziemny (CNG) jest kolejną metodą zasilania pojazdów, zwłaszcza ciężkich ciężarówek i pojazdów transportowych.

CNG uwalnia znacznie mniej emisji dwutlenku węgla w porównaniu do benzyny, a jego podstawową wadą jest to, że nie wytwarza tego samego poziomu energii w porównaniu do gazu.

Na całym świecie zużycie gazu wzrasta, a prognozy mówią, że ze względu na wzrost w Chinach i Brazylii, światowe zużycie gazu wzrośnie o 50% w ciągu najbliższych 25 lat (źródło).

Jednakże Stany Zjednoczone są nadal konsumentem numer jeden gazu ziemnego, a tuż za nimi Rosja i Chiny (źródło). Dlatego też bezpieczne wydobycie gazu i zmniejszenie jego wpływu na środowisko ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego rozwoju przemysłu gazowego.

Ile waży gaz ziemny w porównaniu z powietrzem?

Gaz ziemny ma mniejszą gęstość niż powietrze. Składa się on głównie z metanu, który jest lżejszy od powietrza (źródło). Kalkulator gęstości gazu ziemnego pokazuje, że gaz ziemny waży 0.712 kg/m³ (0.04457 lb/ft³) vs. 1.204 kg/m³ (0.07516 lb/ft³) powietrza.

Gaz ziemny może być schłodzony do około -260 stopni Fahrenheita i zamieniony w skroplony gaz ziemny (LNG). LNG zajmuje tylko 1/600 objętości w stanie gazowym. Pozwala to na jego przechowywanie i transport (źródło).

Gaz ziemny vs. Metan

Niektórzy mogą próbować mówić o gazie ziemnym i metanie jako synonimach, ale są to różne gazy. Z drugiej strony, gaz ziemny składa się głównie z metanu, więc różnice są niewielkie.

Czym jest metan i czym różni się od „gazu ziemnego”?

Metan (CH₄) stanowi większość składu gazu ziemnego. Metan jest uwalniany podczas rozkładu materii organicznej (źródło). Jest to najobficiej występujący związek organiczny na Ziemi, a zaletą jest to, że jest nietoksyczny.

Fakt ten może być zaskakujący, biorąc pod uwagę przypadki śmiertelne, które występują z powodu wdychania gazu. Jednakże, są one w rzeczywistości spowodowane brakiem tlenu, a nie toksycznością samego metanu.

Metan występuje w dwóch formach: organicznej i termogenicznej. Metan organiczny pochodzi z takich źródeł jak wysypiska śmieci i bagna. Produkty odpadowe pochodzenia ludzkiego i zwierzęcego, które ulegają fermentacji, również uwalniają metan organiczny.

Metan termogeniczny powstaje w głębszych warstwach podpowierzchniowych i wytwarza gaz ziemny pod wpływem ciepła i ciśnienia. Mniejsze złoża metanu znajdują się bliżej powierzchni obok ropy naftowej, natomiast głębsze zbiorniki czystego metanu występują na większych głębokościach (źródło).

Jest on również znany jako gaz cieplarniany, ponieważ ogrzewa atmosferę ziemską. Jeśli jest uwalniany bezpośrednio do atmosfery, a nie spalany, jest o wiele bardziej szkodliwy dla środowiska w porównaniu z dwutlenkiem węgla (źródło).

Pomimo, że metan stanowi znaczną część gazu ziemnego, jak wspomniano wcześniej, gaz ziemny zawiera również inne składniki w swoim składzie. Gaz ziemny przechodzi również proces usuwania szkodliwych alkanów, zanim trafi do pracy w gospodarstwach domowych i przedsiębiorstwach. Metan zawarty w gazie ziemnym nadaje mu również właściwości wypornościowe.

Źródła metanu

Metan dostaje się do atmosfery z różnych źródeł.

Produkcja energii elektrycznej i cieplnej

Metan może nie być znaczącą emisją gazów cieplarnianych przy wytwarzaniu energii elektrycznej, ale znaczna ilość metanu uwalnia się do atmosfery w tym procesie. Może on również wyciekać przez wadliwe fabryki i uszkodzone rurociągi. Wycieki te, zwłaszcza jeśli nie zostaną szybko wykryte i zatrzymane, mogą być bardzo szkodliwe dla środowiska.

Generalnie, przetworzony gaz ziemny dostarczany do domów jest prawie w całości metanem bez innych toksycznych związków chemicznych.

Pejzaż arktyczny

Permafroza, gleba zamrożona przez ponad dwa lata, zaczęła odmarzać w Arktyce z powodu rosnących temperatur. Kiedy wieczna zmarzlina odmarza, materiał organiczny uwalnia dwutlenek węgla i metan do atmosfery ziemskiej (źródło).

Zwierzęta

Metan pojawia się i uwalnia za pośrednictwem zwierząt gospodarskich. Ponieważ populacja ziemi rośnie, pragnienie produktów mięsnych stale rośnie. Rolnicy zaspokajają te potrzeby, wychowując coraz większe stada zwierząt.

Te zwierzęta uwalniają metan do atmosfery poprzez swoje odchody. Podczas gdy pomysł krowiego wzdęcia brzmi dość komicznie, ignorowanie skutków środowiskowych nie może mieć miejsca.

W samych Stanach Zjednoczonych, zwierzęta domowe, takie jak bydło, świnie, owce i kozy są największymi producentami emisji metanu (źródło).

Ludzie

Nasze pragnienie mięsa nie jest jedynym czynnikiem przyczyniającym się do emisji metanu do środowiska. Ludzkie funkcje cielesne również uwalniają metan do atmosfery. Odpady organiczne wysyłane na wysypiska, wraz z oczyszczalniami ścieków, są zarówno odpowiedzialne za emisje CH₄ (źródło).

Ludzie również powodują większość emisji poprzez nasze działania, podczas gdy inne emisje metanu pochodzą ze źródeł naturalnych. Od roku 1800 nastąpił ogromny skok w emisji metanu, a my spowodowaliśmy od tego czasu ponad dwukrotny wzrost atmosferycznego poziomu metanu (źródło).

Właściwości gazu ziemnego

Charakterystyka

Gaz ziemny jest bezbarwny, bezwonny, bez smaku i bezkształtny. Jest gazowy w każdej temperaturze powyżej -161 stopni. Jest to również paliwo kopalne.

Gaz ziemny jest mierzony za pomocą brytyjskich jednostek termicznych lub Btu. Jeden Btu to ilość ciepła potrzebna do zwiększenia temperatury jednego funta wody o jeden stopień Fahrenheita. Stopa sześcienna gazu jest równa około 1032 Btu (źródło).

Waga

Zwykle mierzona objętościowo, stopy sześcienne są jednostką miary powszechnie stosowaną dla gazu ziemnego. Gaz ziemny jest równoważny 8,003 funta na stopę sześcienną.

Palność

Jest wysoce łatwopalny, ale ma niski zakres palności, co wskazuje, że jest bezpieczny do użytku domowego. Temperatura samozapłonu gazu ziemnego wynosi 1003 stopni Fahrenheita (źródło).

Zapach

Jak wspomniano wcześniej, gaz ziemny jest bezwonny. Może on okazać się niebezpieczny, ponieważ gaz może być śmiertelny. W 1937 r. wyciek gazu spowodował wybuch w szkole w New London w Teksasie. W wyniku wybuchu zginęło prawie 300 uczniów i nauczycieli. Okazał się on katalizatorem zmian w funkcjonowaniu przemysłu gazowniczego (źródło).

Gaz ziemny ma dodaną siarkę, co powoduje, że pachnie trochę jak zgniłe jajka. Do nawaniania gazu używany jest chemiczny merkaptan.

Jeśli poczujesz zapach gazu na danym obszarze, usuń siebie i innych z przestrzeni tak szybko, jak to możliwe, bez włączania jakichkolwiek urządzeń lub świateł, lub czegokolwiek, co może stworzyć iskrę. Po znalezieniu się poza zasięgiem gazu (źródła) należy natychmiast zadzwonić pod numer 911.

Wpływ na środowisko

Przez ten artykuł i wiele artykułów o gazie ziemnym, często był on nazywany czystym paliwem kopalnym ze względu na minimalną emisję dwutlenku węgla (CO2). Jednak ten tytuł jest niesprawiedliwy z powodu szkód, jakie metan może wyrządzić środowisku.

Metan jest również gazem cieplarnianym i chociaż ma krótszy czas życia w atmosferze w porównaniu do dwutlenku węgla, może spowodować więcej szkód w środowisku w ciągu 20 lat w porównaniu do CO2 (źródło).

Brak gęstości gazów pogarsza sytuację. Gaz może się unosić i zatrzymywać ciepło w górnej atmosferze. Metan jest 86 razy silniejszy niż dwutlenek węgla w swoim wpływie na środowisko przez ponad 20 lat. Może uwięzić ciepło, które przyspiesza globalne ocieplenie w tempie wykładniczym (źródło).

Choć łatwo jest powiedzieć, że gaz jest przede wszystkim spalany, wycieki, niestety, są częścią procesu przetwarzania i dystrybucji gazu w krajach i na kontynentach (źródło).

Badania wykazały, że szacowana ilość emisji metanu została źle obliczona i jest o 60% wyższa niż początkowo sądzono. Emisje te są prawie równe szkodom, jakie w krótkim okresie czasu wyrządza środowisku dwutlenek węgla (źródło).

Przecieki mogą mieć miejsce w każdym punkcie procesu wydobycia gazu ziemnego, od przecieków w ziemi do przecieków w rurach i kontenerach magazynowych. Dziury, takie jak ta w firmie z Houston w Luizjanie, spowodowały wyciek ogromnych ilości LNG do atmosfery, wywołując obawy, że mogą wybuchnąć niekontrolowane pożary (źródło).

W Stanach Zjednoczonych istnieje około 500 000 odwiertów gazu ziemnego, wraz z 3 milionami kilometrów rur. Pozostawiają one prawie nieskończoną ilość możliwości wycieku gazu ziemnego do środowiska (źródło).

Myślenie końcowe

Przyszłość gazu w Stanach Zjednoczonych zmienia się. Gaz zawsze stanowił istotną część struktury energetycznej kraju i będzie nią nadal w dającej się przewidzieć przyszłości. Pewne wysiłki miały miejsce, aby zminimalizować wpływ na środowisko, ale gaz ziemny jest daleki od „czystego” paliwa kopalnego, jak przedstawiają go media.

As for the question about gas being lighter than air: Jeśli kiedykolwiek obudzisz się w pokoju pełnym gazu, połóż się na podłodze, zakryj usta mokrą szmatką i wyczołgaj się z tego obszaru. Gaz zawsze będzie skoncentrowany wyżej w pomieszczeniu i miejmy nadzieję, że ta odrobina wiedzy może uratować ci życie.